Die starke Entwicklung des Telekommunikationsmarktes in den letzten Jahren hat zur Folge, daß der Suche nach bisher ungenutzten Übertragungskapazitäten mehr Bedeutung beigemessen wird, bzw. daß versucht wird vorhandene Übertragungskapazitäten effizienter zu nutzen. Ein bekanntes Datenübertragungsverfahren ist die Übermittlung von Daten über das Stromversorgungsnetz, in der Literatur häufig als 'Powerline Communication' kurz mit 'PLC' bezeichnet. Ein Vorteil der Nutzung des Stromversorgungsnetzes als Medium zur Datenübertragung liegt in der bereits bestehenden Netzinfrastruktur. So verfügt fast jeder Haushalt sowohl über einen Zugang zum Stromversorgungsnetz als auch über ein bestehendes, weit verzweigtes Inhausstromnetz.

Das Stromversorgungsnetz gliedert sind in Europa je nach Art der Energieübertragung in verschiedene Netzstrukturen bzw. Übertragungsebenen. Die Hochspannungsebene mit einem Spannungsbereich von 110 kV bis 380 KVB dient einer Energieübertragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz in Verbrauchernähe zu führen und wird für den Verbraucher durch geeignete Netztransformatoren auf eine Niederspannungsebene mit einem Spannungsbereich bis 0,4 kV abgesenkt. Die Niederspannungsebene untergliedert sich wiederum in einen sogenannten Außerhausbereich - auch als 'Last Mile' oder 'Access Bereich' bezeichnet - und in einen sogenannten Inhausbereich - auch als 'Last Meter' bezeichnet. Der Außerhausbereich der Niederspannungsebene definiert den Bereich des Stromversorgungsnetzes zwischen Netztransformator und einer jeweils einem Verbraucher zugeordneten Zählereinheit. Der Inhausbereich der Niederspannungsebene definiert den Bereich von der Zählereinheit bis zu den Anschlußeinheiten für den Verbraucher.

Für eine Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz sind in Europa durch die Norm EN 50065 vier unterschiedliche Frequenzbereiche - in der Literatur häufig als CENELEC-Bänder A bis D bezeichnet - mit einem zugelassenen Frequenzbereich von 9 kHz bis 148,5 kHz und jeweils einer maximal zulässigen Sendeleistung festgelegt, die allein für eine Datenübermittlung auf Basis der 'Powerline Communication' reserviert sind. Durch die in diesem Frequenzbereich zur Verfügung stehende geringe Bandbreite und die eingeschränkte Sendeleistung sind hierbei jedoch nur Datenübertragungsraten von einigen 10 kBit/s realisierbar.

Für Telekommunikationsanwendungen, wie z.B. einer Übermittlung von Sprachdaten, werden in der Regel jedoch Datenübertragungsraten im Bereich von einigen MBit/s benötigt. Für die Realisierung einer solchen Datenübertragungsrate ist vor allem eine genügend große Übertragungsbandbreite erforderlich, die ein Frequenzsprektrum bis 20 MHz mit geeignetem Übertragungsverhalten bedingt. Eine Datenübertragung im Frequenzbereich bis 20 MHz mit einem geeigneten Übertragungsverhalten ist heute ausschließlich in der Niederspannungsebene des Stromversorgungsnetzes realisierbar.

In der Druckschrift Hensen, C. : ISDN-SO-Bus Extension by Power-Line CDMA Technique, in: Proceedings of the 3rd International Symposium on Power-Line Communications and its Applications wird eine Übertragung eines S₀-Busses in einem Inhaus-Niederspannungsnetz offenbart. Dabei wird eine Mehrbenutzerumgebung mit Hilfe eines CDMA-Zugangsverfahrens (Code Division Multiple Access) realisiert. CDMA ist ein Zugangsverfahren, das mehreren Kommunikationsendeinrichtungen oder Datenstationen einen Zugriff auf einen gemeinsamen Übertragungskanal ermöglicht. In diesem Verfahren belegen mehrere einen gemeinsamen Übertragungskanal teilende Kommunikationsndeinrichtungen einen identischen Frequenzbereich, wobei das Nutzsignal für jede Kommunikationsendeinrichtung individuell kodiert wird. Die Kodierung basiert auf einer Spreizung eines Nutzinformationen zugeordneten Übertragungskanals ("Nutzkanal"). Im beschriebenen Verfahren erfolgt diese Kodierung durch jeweilige Multiplikation des Nutzsignals mit einem Pseudo-Rausch-Signalkode.

Eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten stellt zusätzlich zur Bandbreite hohe Anforderungen in Bezug auf die Echtzeitfähigkeit und die zulässige maximale Bitfehlerrate - kurz BER - des Datenübertragungssystems. Zusätzlich bedingt eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten eine kollisionsfreie Punkt-zu-Multipunkt-Datenübertragung im Vollduplexbetrieb, d.h. eine fehlerfreie, gleichzeitige Datenübertragung in beiden Übertragungsrichtungen zwischen mehreren Teilnehmern. Ein bekanntes Datenübertragungsverfahren zur Übertragung von digitalen Sprachdaten ist das ISDN-Übertragungsverfahren (Integrated Services Digital Network). Eine Datenübertragung gemäß dem ISDN-Übertragungsverfahren welches die obengenannten Bedingungen erfüllt kann beispielsweise auf Basis der bekannten S_2m-Schnittstelle - in der Literatur häufig auch als Primärmultiplexanschluß oder 'PCM-Highway' (Puls Code Modulation) bezeichnet - erfolgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, durch welche eine Umsetzung einer S_2m-Schnittstelle für eine Datenübermittlung auf Basis einer 'Powerline Communication' erfolgen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 14.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch eine Umsetzung der bekannten S_2m-Schnittstelle für eine Datenübermittlung auf Basis der 'Powerline Communication' - insbesondere über den Außerhausbereich des Niederspannungsstromnetzes - bei einem an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Verbraucher eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten mittels herkömmlicher ISDN-Kommunikationseinrichtungen ohne einen separaten, aufwendigen Anschluß an ein digitales Kommunikationsnetz ermöglicht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil von in den Unteransprüchen definierten Ausgestaltungen der Erfindung besteht unter anderem darin, daß durch eine Nutzung von bekannten, z.B. auf Basis des von der ITU-T standardisierten Sprachkodieralgorithmus G.729 basierenden, Komprimierungsverfahren bzw. Komprimierungseinrichtungen auf einfache Weise die für eine Übermittlung eines S_2m-Datenstroms über das Niederspannungsstromnetz benötigte Bandbreite .reduziert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines Stromversorgungsnetzes;

Fig. 2a:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Rahmenstruktur eines S_2m-Datenstroms:

Fig. 2b:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umwandlung eines in einem HDB3-Kanalkode kodierten S_2m-Datenstroms in einen binär kodierten S_2m-Datenstrom;

Fig. 3:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer durch eine Komprimierunseinheit ausgeführten Komprimierung des binär kodierten S_2m-Datenstroms;

Fig. 4:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Linearisierung des binär kodierten S_2m-Datenstroms;

Fig. 5:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des S_2m-Datenstroms für eine Übermittlung über ein Niederspannungsnetz gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 6:

ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des S_2m-Datenstroms für eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein Strukturbild mit einer schematischen Darstellung eines Stromversorgungsnetzes. Das Stromversorgungsnetz gliedert sind in Abhängigkeit der Energieübertragungart in verschiedene Netzstrukturen bzw. Übertragungsebenen. Die Hochspannungsebene bzw. das Hochspannungsnetz HSN mit einem Spannungsbereich von 110 kV bis 380 kV dient einer Energieübertragung über weite Entfernungen. Die Mittelspannungsebene bzw. das Mittelspannungsnetz MSN mit einem Spannungsbereich von 10 kV bis 38 kV dient dazu, die elektrische Energie vom Hochspannungsnetz in Verbrauchernähe zu führen. Das Mittelspannungsnetz MSN ist dabei über eine die jeweiligen Spannungen umsetzende Transformatorstation HSN-MSN TS mit dem Hochspannungsnetz HSN verbunden. Das Mittelspannungsnetz MSN ist zusätzlich über eine weitere Transformatorstation MSN-NSN TS mit dem Niederspannungsnetz NSN verbunden.

Die Niederspannungsebene bzw. das Niederspannungsnetz mit einem Spannungsbereich bis 0,4 kV gliedert sich in einen sogenannten Außerhausbereich AHB und in einen sogenannten Inhausbereich IHB. Der Außerhausbereich AHB definiert den Bereich des Niederspannungsnetzes NSN zwischen der weiteren Transformatorstation MSN-NSN TS und einer einem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Zählereinheit ZE. Durch den Außerhausbereich AHB sind mehrere Inhausbereiche IHB mit der die Umsetzung auf das Mittelspannungsnetz MSN realisierenden weiteren Transformatorstation MSN-NSN TS verbunden. Der Inhausbereich IHB definiert den Bereich von der Zählereinheit ZE bis zu im Inhausbereich IHB angeordneten Anschlußeinheiten AE. Eine Anschlußeinheit AE ist beispielsweise eine an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossene Steckdose. Das Niederspannungsnetz NSN im Inhausbereich IHB ist dabei in der Regel als Baumnetzstruktur ausgelegt, wobei die Zählereinheit ZE die Wurzel der Baumnetzstruktur bildet.

Für eine Übermittlung von digitalen Sprachdaten - insbesondere auf Basis der S_2m-Schnittstelle - über das Stromversorgungsnetz ist eine Übertragungsbandbreite von einigen MBit/s mit einem geeigneten Übertragungsverhalten notwendig, welche zur Zeit nur im Niederspannungsnetz NSN realisierbar ist. Die S_2m-Schnittstelle verwendet als Leitungskode standardmäßig einen sogenannten 'HDB-3-Kanalkode' (High Density Bipolar), welcher zur Umsetzung der S_2m-Schnittstelle für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN in einen binären Kode umgewandelt wird.

Fig. 2a zeigt ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Rahmenstruktur des S_2m-Datenstroms. Ein S_2m-Datenstrom besteht für beide Übertragungsrichtungen jeweils aus einer Folge von nacheinander zu übertragenden, sogenannten S_2m-Rahmen S2mR. Ein S_2m-Rahmen S2mR ist in 32 Kanäle K0,...,K31 gegliedert, die jeweils eine Länge von 8 Bit aufweisen. Ein S_2m-Rahmen S2mR umfaßt dabei im wesentlichen 30 Nutzdatenkanäle B1,....B30, welche jeweils als ISDN-orientierte B-Kanäle mit einer Übertragungsbitrate von jeweils 64 kBit/s ausgestaltet sind und einen Signalisierungskanal D, welcher als ISDN-orientierter D-Kanal mit einer Übertragungsbitrate von 64 kBit/s ausgestaltet ist. Über den ersten Kanal K0 wird eine Rahmensteuerungsinformation gemäß der CRC4-Prozedur (Cyclic Redundancy Checksum) übermittelt. Über die Kanäle K1,...,K14 wird die den Nutzdatenkanälen B1 bis B14 zugeordnete Nutzdateninformation, über den Kanal K15 die dem Signalisierungskanal D zugeordnete Signalisierungsinformation und über die Kanäle K16,...,K31 die den Nutzdatenkanälen B15 bis B30 zugeordnete Nutzdateninformation übermittelt. Die Rahmendauer für einen S_2m-Rahmen S2mR beträgt 125 µs, so daß sich pro S_2m-Rahmen S2mR eine Übertragungsbitrate von$$\text{(32 x 8 Bit) / 125 µs = 2048 kBit/s}$$ ergibt.

Fig. 2b zeigt ein Strukturbild zur schematischen Darstellung der Umwandlung eines im HDB-3-Kanalkode kodierten S_2m-Datenstroms in einen binär kodierten S_2m-Datenstrom. Beim HDB-3-Kanalkode handelt es sich um einen pseudoternären Leitungskode, bei dem die beiden binären Zustände "0" und "1" durch die drei Signalpotentiale '0', '1' und '-1' repräsentiert werden. Hierbei wird der binäre Zustand "1" durch das Signalpotential '0' repräsentiert. Dem binären Zustand "0" wird entweder ein positives oder ein negatives Signalpotential '1' oder '-1' zugeordnet. Um die Übertragung langer Nullfolgen zu vermeiden wird beim HDB-Kanalkode bei der Übertragung von mehr als n aufeinanderfolgenden Nullen eine charakteristische Bitfolge eingefügt. So wird beim HDB-3-Kanalkode (n = 3) nach 3 Nullen eine charakteristische '1/-1'-Kombination hinzugefügt.

Für eine bidirektionale Datenübermittlung über die S_2m-Schnittstelle ist in der Regel eine 4-Draht-Übertragung vorgesehen, wobei die beiden Übertragungsrichtungen - im folgenden als Downstream-Richtung DS und Upstream-Richtung US bezeichnet - über getrennte Leitungen geführt werden. Die Downstream-Richtung DS definiert dabei die Datenübertragung über eine Übertragungsstrecke von einer zentralen, die Übertragung steuernden Einrichtung - im folgenden als 'Master' M bezeichnet - zu weiteren an der Übertragungsstrecke angeschlossenen Einrichtungen - im folgenden als 'Slaves' S bezeichnet. Die Upstream-Richtung US definiert die Datenübertragung von den jeweiligen Slaves S zum Master M. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die, die Spannungspegel-Umsetzung zwischen dem Mittelspannungsnetz MSN und dem Niederspannungsnetz NSN realisierende weitere Transformatorstation MSN-NSN TS als Master M - durch das in Fig. 1 in Klammern gesetzte M angedeutet - und die einem jeweiligen Inhausbereich IHB zugeordneten Zählereinheiten ZE als Slaves S - durch das in Fig. 1 in Klammern gesetzte S angedeutet - konfiguriert.

In der Figur ist für einen im HDB-3-Kanalkode kodierten, pseudoternären S_2m-Datenstrom jeweils ein S_2m-Rahmen S2mR in Downstream-Richtung DS und in Upstream-Richtung US dargestellt. Ein S_2m-Rahmen S2mR weist eine Rahmendauer von 125 µs auf und umfaßt insgesamt 256 Bit. Die Bedingungen für eine Datenübermittlung über die S_2m-Schnittstelle sind in der ITU-T (International Telecommunication Union) Spezifikation I.431 "ISDN User-Network Interfaces - Primary Rate User Network Interface - Layer 1" standardisiert.

Der im HDB-3-Kanalkode kodierte, pseudoternäre S_2m-Datenstrom wird durch eine Umwandlungseinheit UE in einen binären S_2m-Datenstrom umgewandelt. Hierbei wird sowohl für den Downstream-Datenstrom DS als auch für den Upstream-Datenstrom US die im HDB-3-Kanalkode kodierte 256 Bit umfassende Information des S_2m-Rahmens S2mR in eine 256 Bit umfassende, binär kodierte Information umgewandelt und durch einen 4-Bit langen Header H zu einem 260 Bit langen Binärrahmen BR zusammengefaßt. Der Header H umfaßt dabei ein Synchronisations-Bit SYN, ein Anfangszustands-Bit ANF, ein V-Bit V und ein B-Bit B. Das Anfangszustands-Bit ANF beinhaltet eine Information über das dem ersten "0"-Zustand zugeordnete Signalpotential im HDB3-Kanalkode. Da das Signalpotential für den "0" Zustand das Potential 1 oder -1 besitzen kann, ist diese Information für eine Wiederherstellbarkeit des ursprünglichen HDB3-Kanalkodes auf der Empfängerseite notwendig. Das Synchronisations-Bit SYN dient einer Synchronisation der auf Empfängerseite aus den Binärrahmen BR wiederhergestellten, einander zugeordneten S_2m-Rahmen S2mR für den Downstream-Datenstrom DS und den Upstream-Datenstrom US. Das V-Bit V und das B-Bit B sind HDB-Kanalkode-spezifische Informationen zur Fehlererkennung, durch welche die Ubertragungssicherheit erhöht wird.

Somit ergibt sich für den binären S_2m-Datenstrom sowohl für den Downstream-Datenstrom DS als auch für den Upstream-Datenstrom US jeweils eine erhöhte Übertragungsbitrate von$$\text{(256 + 4) Bit / 125µs = 2080 kBit/s.}$$

Um die für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN benötigte Bandbreite zu reduzieren wird die im Rahmen eines Binärrahmens BR übermittelte Information komprimiert. Hierbei wird nur die im Rahmen der Nutzdatenkanäle B1,...,B30 übermittelte Nutzdateninformation komprimiert. Die im Rahmen des Signalisierungskanals D übermittelte Signalisierungsinformation und die zusätzliche Steuerinformation CRC4 werden transparent, d.h. ohne Komprimierung übermittelt.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zur Komprimierung des binär kodierten, aus einer Folge von Binärrahmen BR bestehenden S_2m-Datenstroms. Für die Komprimierung werden jeweils achtzig einer Übertragungsrichtung DS, US zugeordnete Binärrahmen BR-R1,...,BR-R80 in einer Speichereinrichtung ZSP einer Komprimierungseinheit zwischengespeichert. Bei einer jeweiligen Dauer der Binärrahmen BR von 125 µs entspricht dies einer Gesamtdauer von 10 ms. Nachfolgend werden die zwischen gespeicherten Binärrahmen BR-R1,...,BR-R80 in einer Separierungseinheit ASE jeweils in logische Einheiten untergliedert und voneinander separiert. Logische Einheiten bilden der Header H, die Steuerinformation CRC4, der Signalisierungskanal D und jeweils die Nutzdatenkanäle B1,...,B30. Die logischen Einheiten der Binärrahmen BR-R1, ...,BR-R80 werden anschließend - wie in der Figur veranschaulicht - zu jeweils einem Verarbeitungsrahmen zusammengefaßt und an eine Linearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE weitergeleitet. Die aus dem Header H, der Steuerinformation CRC4 und dem Signalisierungskanal D gebildeten Verarbeitungsrahmen werden dabei transparent, d.h. ohne Komprimierung durch die Linearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE geführt.

Die den Nutzdatenkanälen B1,...,B30 zugeordneten Verarbeitungsrahmen werden dagegen jeweils einer Linearisierunseinheit LE der Linearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE zugeführt. Der einem Nutzdatenkanal B1,...,B30 zugeordnete Verarbeitungsrahmen umfaßt insgesamt achtzig einem jeweiligen Nutzdatenkanal B1,...,B30 zugeordnete Nutzdaten-Bytes, wobei jedem Binärrahmen BR-R1,...,BR-R80 jeweils 1 Nutzdaten-Byte durch die Position im Verarbeitungsrahmen zugeordnet ist. Die im Rahmen der Nutzdatenkanäle B1,...,B30 übertragene Nutzdateninformation ist standardmäßig gemäß einer nichtlinearen, sogenannten A-Kennlinie mit einer 8-Bit Auflösung kodiert. Um bekannte Komprimierungsverfahren nutzen zu können, ist eine der Komprimierung vorgeschaltete Linearisierung der Nutzdateninformation notwendig. Gleichzeitig mit der Linearisierung erfolgt eine Umsetzung der 8-Bit Auflösung auf eine 16-Bit Auflösung. Somit ergibt sich für die Nutzdatenkanäle B1,...,B30 jeweils ein Verarbeitungsrahmen mit einer Länge von 80 x 16 = 1280 Bit und einer Dauer von 10 ms.

Die Verarbeitungsrahmen mit der linear kodierten Nutzdateninformation werden anschließend jeweils einer kanalspezifischen Komprimierungseinheit KE-B1,...,KE-B30 zugeführt. Durch die kanalspezifischen Komprimierungseinheiten KE-B1,...,KE-B30 erfolgt eine Komprimierung der in den Verarbeitungsrahmen übermittelten Nutzdateninformation gemäß dem von der ITU-T standardisierten Komprimierungsverfahren G.729. Dieser Sprachkodieralgorithmus wandelt die linear kodierten 16-Bit-Abtastwerte mit einer Abtastfrequenz von 8 kHz in einen 8kBit/s-Datenstrom um. Hierzu ist ein Sprachsegment mit einer Dauer von 10 ms - dies entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Länge von 1280 Bit Nutzdateninformation - für eine gemäß dem Algorithmus durchzuführende Parameterberechnung notwendig. Am Ausgang der kanalspezifischen Komprimierungseinheiten KE-B1,...,KE-B30 ergeben sich somit für die Nutzdatenkanäle B1,...,B30 jeweils komprimierte Verarbeitungsrahmen KR-B1,...,KR-B30 mit 80 Bit komprimierter Nutzdateninformation und einer Dauer von 10 ms. Alternativ zu dem von der ITU-T standardisierten Komprimierungsverfahren G.729 können auch andere Komprimierungsverfahren verwendet werden.

Die komprimierten Verarbeitungsrahmen KR-B1, ...,KR-B30 werden nachfolgend einer Rahmenbildungseinheit RBE zugeführt, welche die in den komprimierten Verarbeitungsrahmen KR-B1,...,KR-B30 enthaltene komprimierte Nutzdateninformation gemäß der ursprünglich unkomprimierten Binärrahmen BR-R1,...,BR-R80 separiert und mit den transparent durch die Linearisierungs- und Komprimierungseinheit LKE geführten weiteren Informationen - wie in der Figur dargestellt - zu einem komprimierten Binärrahmen KBR zusammenfügt. Ein komprimierter Binärrahmen KBR weist somit 50 Bit Information - 30 Bit Nutzdateninformation und 20 Bit Zusatzinformation - bei einer Dauer von 125 µs auf. Die für die Übermittlung eines komprimierten Binärrahmens KBR benötigte Übertragungsbandbreite reduziert sich somit im Gegensatz zu einem unkomprimierten Binärrahmen BR von 2080 kBit/s auf 400 kBit/s. Die komprimierten Binärrahmen KBR werden anschließend an eine Übertragungseinheit UEE zur Einspeisung in das Niederspannungsnetz NSN übertragen.

Fig. 4 zeigt nun in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zur Linearisierung der in den Verarbeitungsrahmen zusammengefaßten Nutzdateninformation. Die in den Nutzdatenkanälen B1,...,B30 übermittelten Nutzdateninformation ist gemäß der Puls-Code-Modulation kurz PCM kodiert. Die Puls-Code-Modulation verwendet für die Codierung eine nichtlineare, sogenannte "A-Kennlinie".

Die A-Kennlinie setzt sich insgesamt aus 13 Teilstücken - auch als Segmente bezeichnet - zusammen. Nach der Definition der ITU-T wird jeder Amplitudenwert eines abzutasteten Signals durch 8 Bit dargestellt. Der erste Bit gibt das Vorzeichen des abgetasteten Signals an. Die nächsten 3 Bit definieren das relevante Segment der A-Kennlinie und die letzten 4 Bit legen eine Quantisierungsstufe innerhalb eines Segments fest. Insgesamt ergeben sich somit 256 mögliche Quantisierungsstufen.

Durch die Linearisierungseinheit LE wird die gemäß der nichtlinearen A-Kennlinie kodierte Nutzdateninformation in ein, gemäß einer linearen Kennlinie kodiertes Signal umgesetzt. Gleichzeitig erfolgt eine Umsetzung der von der A-Kennlinie verwendeten 8-Bit Auflösung auf eine 16-Bit Auflösung. Durch die Verwendung einer linearen Codierung mit einer 16-Bit Auflösung werden die Voraussetzungen für eine der Linearisierung nachfolgende Verwendung des Komprimierungsverfahrens gemäß dem ITU-T-Standard G.729 geschaffen.

Fig. 5 zeigt ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des im HDB-3-Kanalkode kodierten, pseudoternären S_2m-Datenstroms für eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz NSN gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt wird der gemäß dem HDB-3-Kanalkode kodierte, pseudoternäre S_2m-Datenstrom durch die Umwandlungseinheit UE - wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben - in einen binär kodierten S_2m-Datenstrom umgewandelt. Der binär kodierte, aus einer Folge von Binärrahmen BR bestehende S_2m-Datenstrom wird anschließend an eine Komprimierungseinheit KE weitergeleitet, durch welche der binär kodierte S_2m-Datenstrom - wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben - linearisiert und komprimiert wird. In einem nächsten Schritt wird der komprimierte S_2m-Datenstrom an eine Protokolleinheit PE weitergeleitet, die diesen in ein für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN vorgesehenes Datenformat umgewandelt.

Aufgrund der im Außerhausbereich AHB des Niederspannungsnetzes NSN bestehenden Baumstruktur wird für eine Datenübermittlung zwischen den an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Verbrauchern und der die Spannungspegel-Umsetzung zwischen dem Mittelspannungsnetz MSN und dem Niederspannungsnetz NSN realisierenden Transformatorstation MSN-NSN TS eine Master-Slave-Kommunikationsbeziehung eingerichtet. Hierbei wird die, die Wurzel der Baumstruktur bildende Transformatorstation MSN-NSN TS als Master M und die einem jeweiligen Verbraucher zugeordneten Zähleinheiten ZE als Slaves S definiert.

Für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN sind sogenannte PLC-Datenpakete mit einer Länge von jeweils 200 Bit und einer Dauer von 200 µs vorgesehen, die in einen PLC-Header PLC-H und in einen Nutzdatenbereich untergliedert sind. Der PLC-Header PLC-H umfaßt im wesentlichen eine Adreßinformation zur Adressierung der an das Niederspannungsnetz NSN angeschossenen Slaves S. Die Adreßinformation kann dabei durch eine den Slaves S jeweils eindeutig zugeordnete MAC-Adresse (Medium Access Control) gebildet werden. Die MAC-Adresse ist eine eindeutige, auf der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells angesiedelte 6 Byte lange Hardware-Adresse. Alternativ kann eine Adressierung der an das Niederspannungsnetz NSN angeschlossenen Slaves S durch eine auf dem ATM-Protokoll (Asynchronous Transfer Modus) basierende VPI/VCI-Adressierung (Virtual Path Identifer / Virtual Channel Identifer) realisiert werden.

Für eine Realisierung einer bidirektionalen Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN wird der Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets gemäß dem Zeitduplexverfahren - in der Literatur auch als 'Time Division Duplex' kurz 'TDD' bezeichnet - in zwei Rahmen - in der Literatur auch als Duplexbereiche bezeichnet - untergliedert. Hierbei erfolgt eine Aufteilung des Nutzdatenbereiches in einen Downstreambereich DS-B und in einen Upstreambereich US-B. Die im wesentlichen zeitgleich ankommenden komprimierten Binärrahmen KBR des Downstream- und des Upstream-Datenstroms DS,US des binär kodierten, komprimierten S_2m-Datenstroms werden dabei zeitlich aufeinanderfolgend in den jeweiligen Downstream- oder Upstreambereich DS-B, US-B des Nutzdatenbereiches des PLC-Datenpakets eingefügt.

Der Downstreambereich DS-B und der Upstreambereich US-B weisen jeweils eine Länge von 100 Bit bei einer Dauer von 100 µs auf. Um einen komprimierten Binärrahmen KBR mit einer Länge von 50 Bit und einer Dauer von 125 µs in den entsprechenden Duplexbereich DS-B, US-B einfügen zu können ist eine Zwischenspeicherung der komprimierten Binärrahmen KBR notwendig. Zusätzlich wird der, durch die unterschiedliche Länge der Dupexbereiche DS-B, US-B und der komprimierten Binärrahmen KBR entstehende freie Bereich im Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets durch Leerdaten L aufgefüllt.

Die PLC-Datenpakete werden anschließend für eine Übertragung über das Niederspannungsnetz NSN von der Protokolleinheit PE an eine Übertragungseinheit UEE übermittelt. Die Übertragungseinheit UEE realisiert die Datenübertragung beispielsweise gemäß dem OFDM-Übertragungsverfahren (Orthogonal Frequency Division Muliplex) mit einer vorgeschalteten FEC-Fehlerkorrektur (Forward Error Correction) und einer vorgeschalteten DQPSK-Modulation (Differenz Quadratur Phase Shift Keying). Nähere Information zu diesen Übertragungs- und Modulationsverfahren können aus der bisher nicht veröffentlichten Diplomarbeit von Jörg Stolle: "Powerline Communication PLC", 5/99, Siemens AG, entnommen werden.

Bei diesem ersten Umsetzungsmodus wird der Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets in zwei Duplexbereiche mit jeweils 100 Bit Länge aufgeteilt. Somit ergibt sich - ohne Berücksichtigung des PLC-Headers - eine benötigte Übertragungsbitrate von:$$\text{(200 Bit) / 200µs = 1 MBit/s.}$$

Fig. 6 zeigt ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Umsetzung des im HDB-3-Kanalkode kodierten, pseudoternären S_2m-Datenstroms für eine Übermittlung über das Niederspannungsnetz NSN gemäß einer zweiten Ausführungsform. Analog zur ersten Ausführungsform wird in einem ersten Schritt der gemäß dem HDB3-Kanalkode kodierte, pseudoternäre S_2m-Datenstrom durch die Umwandlungseinheit UE - wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben - in einen binär kodierten S_2m-Datenstrom umgewandelt. Der binär kodierte, aus einer Folge von Binärrahmen BR bestehende S_2m-Datenstrom wird anschließend an eine Komprimierungseinheit KE weitergeleitet, durch welche der binär kodierte S_2m-Datenstrom - wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben - linearisiert und komprimiert wird. In einem nächsten Schritt wird der komprimierte S_2m-Datenstrom an eine Protokolleinheit PE weitergeleitet, die diesen in ein für eine Datenübermittlung über das Niederspannungsnetz NSN vorgesehenes Datenformat umgewandelt.

Für eine Realisierung einer bidirektionalen Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN werden gemäß der zweiten Ausführungsform für den Downstream-Datenstrom DS und für den Upstream-Datenstrom US unterschiedliche PLC-Datenpakete definiert, die mit Hilfe des Frequenzduplexverfahren - in der Literatur häufig als 'Frequency Division Duplex' kurz 'FDD' bezeichnet - durch Modulation in zwei unterschiedliche Frequenzbereiche Δf-DS, Δf-US verschoben werden.

Die für den Downstream-Datenstrom DS und für den Upstream-Datenstrom US definierten PLC-Datenpakete weisen jeweils eine Länge von 100 Bit bei einer Dauer von 100 µs auf. Um einen komprimierten Binärrahmen KBR mit einer Länge von 50 Bit und einer Dauer von 125 µs in den entsprechenden Duplexbereich DS-B, US-B einfügen zu können ist analog zur ersten Ausführungsform eine Zwischenspeicherung der komprimierten Binärrahmen KBR notwendig. Zusätzlich wird der, durch die unterschiedliche Länge der Nutzdatenbereiche der PLC-Datenpakete und der komprimierten Binärrahmen KBR entstehende freie Bereich im Nutzdatenbereich des PLC-Datenpakets durch Leerdaten L aufgefüllt.

Die PLC-Datenpakete werden anschließend für eine Übertragung über das Niederspannungsnetz NSN von der Protokolleinheit PE an eine erste bzw. eine zweite Übertragungseinheit UEE1, UEE2 übermittelt. Die erste und die zweite Übertragungseinheit UEE1, UEE2 realisieren die Datenübertragung beispielsweise gemäß dem OFDM-Übertragungsverfahren mit einer vorgeschalteten FEC-Fehlerkorrektur und einer vorgeschalteten DQPSK-Modulation. Hierbei steuert beispielsweise die erste Ubertragungseinheit UEE1 eine Datenübertragung über das Niederspannungsnetz NSN in einem ersten Frequenzbereich Δf-DS und die zweite Übertragungseinheit UEE2 die Datenübertragung in einem zweiten Frequenzbereich Δf-US.

Bei diesem zweiten Umsetzungsmodus weisen die PLC-Datenpakete jeweils eine Länge von 100 Bit bei einer Dauer von 100 µs auf. Somit ergibt sich für die Downstream-Richtung DS und für die Upstream-Richtung US jeweils eine benötigte Übertragungsbitrate von:$$\text{(100 Bit) / 125µs = 500 kBit/s.}$$

Auf der Empfängerseite erfolgt ein Auslesen der PLC-Datenpakete aus dem Niederspannungsnetz NSN und eine Umwandlung in einen gemäß dem HDB-3-Kanalkode kodierten, pseudoternären S_2m-Datenstrom analog zu der beschriebenen Funktionsweise lediglich in umgekehrter Richtung.